Modélisation multiphysique et simulation numérique de la ...
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La modélisation numérique en tant qu’outil de pilotage de la durabilité du patrimoine bâti
Pr. Khalid EL HARROUNI Ecole Nationale d’Architecture, Rabat, Maroc / ISCARSAH-ICOMOS
&
Pr. Abdallah EL HAMMOUMI Faculté des Sciences, Université Mohammed V Agdal, Rabat, Maroc
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CONTENU
Introduction
Essai d’inventaire des éléments de la CSL pour la protection
du patrimoine bâti type Médina
Modélisation numérique, outil d’analyse de la vulnérabilité
sismique du patrimoine bâti: Étude de cas
Conclusion
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Sauvegarde de la Médina
Médina est une composition
unique des monuments et
des ensembles (-Recommandation UNESCO 1976
-Charte ICOMOS 1987
-Charte de Venise 1964)
SDUF et autres DU
Loi (22-80) relative à la conservation
des monuments historiques et sites.
Classification des monuments.
Classement des Médinas Fès (1981)
et Marrakech (1985) en tant que
Patrimoine de l’Humanité.
Gouvernement
Autorités Locales
Création de l’ADER-Fès
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PHASE 1 (1980-1989)
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Lancement du processus de la sauvegarde de la
Médina de Fès
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Réhabilitation intégrée et
sauvegarde de la Médina
Opérations à caractère exp.:
restauration des monuments,
réhabilitation des maisons,
insertion d'équipements socio-
éducatifs,…
Cadre réglementaire (PA)
SIG, FC
Médina est une entité de la
structure physique–sociale-
économique
(Charte ICOMOS 1987)
PHASE 2 (1990-1998) o
uti
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Autorités publiques
La société civile
Le secteur privé
Réhabilitation intégrée & sauvegarde:
Approfondissement et examen des composantes
techniques, juridiques et financières
Aspects
physiques
Aspects
économiques
Aspects
sociaux
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Réhabilitation et développe-
ment de la Médina
Médina est une entité de la
structure physique–sociale-
économique en transition
Permanente à travers le
Développement Urbain
(Mémorandum de Vienne 2005)
PHASE 3 (1999-2005)
Plans stratégiques pour
réhabilitation et développement
Plans d’actions
L’animation sociale
L’aide à la réhabilitation
Renforcement institutionnel
Autorités publiques
La société civile
Le secteur privé
Bailleurs de fonds int.
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« insister une nouvelle fois sur la
nécessité d'adopter une vision
dynamique quant à la protection du
patrimoine, en visant à intégrer ce
patrimoine dans les projets de
développement et non seulement à
l'embaumer dans une vision de
sacralisation du passé »
Requalification des tissus anciens
Orientations de la Lettre Royale aux
participants à la 23ème session du
Comité du Patrimoine Mondial
(29 novembre 1999):
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2004 2030
Nombre de médinas 31 ?
Population résidente 740.000 440.000
% de la population urbaine 4,50 1,80
% de la population nationale 2,50 1,15
Bâti historique dégradé (%) 50,00 ?
Taux de pauvreté résidents
(%)
11.65 ?
Source: Haut Commissariat au Plan
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Elaborer des stratégies
durables pour la sauvegarde, la
conservation et la gestion du
patrimoine bâti
Multidisciplinaire
PHASE 3bis (depuis 2005)
Outils et pratiques d’aménagement et
de planification pour conservation et
gestion durable du contexte.
Mesures de contrôle efficace de
l’impact de changements progressifs
ou rapides sur le contexte.
Autorités publiques
La société civile
Le secteur privé
Bailleurs de fonds int.
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Déclaration de Kyoto (ICORP-ICOMOS 2005) sur
la protection des biens culturels, des secteurs
historiques et leurs milieux contre les pertes
dues aux catastrophes & WCDR, Kobe, 2005
Déclaration ICOMOS sur la conservation du
contexte des constructions, des sites et des
secteurs patrimoniaux (2005)
Charte ICOMOS-ISCARSAH, principes pour
l'analyse, la conservation et la restauration des
structures du patrimoine architectural (2003)
Requalification et protection du patrimoine bâti
contre les catastrophes naturelles
Conclusions and the Recommendations of the International
Workshop on Structural and Functional Rehabilitation of
Housing in Historic Buildings in Seismic Regions, Mexico
City, 1986 (Stovel, ICCROM 1998)
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Le ris
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Source: CNRST
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Sismicité historique
Les séismes les plus emblématiques :
•Avant le 20ème siècle : Le 11 mai 1624, le 1er novembre 1755 de
Lisbonne et le 27 novembre 1755 sont parmi les dates retrouvées dans
les livres d'histoire.
•Fréquence des tremblements de terre qui ont frappé la ville de Fès (1046, 1079, 1408,
1522, 1623, 1624, 1708, 1755, 1773, 1776, 1867) .
•Agadir 1960
•Atlantique 1969
•Missour 1985
•Moulay Idriss 1987
•Essaouira 1988
•Rissani 1992
•Al Hoceima 1994
•Rabat 2001
•Al Hoceima 2004
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4%g zone 0
7%g zone 1
10%g zone 2
14%g zone 3
18%g zone 4
Zones d’Accélération
max
Le ris
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Source: RPS2011
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Essai d’inventaire des éléments de la Culture
Sismique Locale pour la protection du
patrimoine bâti
La récupération de ces méthodes traditionnelles pourra être
développée comme étant les mesures « parasismiques douces »
et durables, applicables au bâti ancien pour la sauvegarde du
patrimoine culturel.
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Renforcement à la Base & Chaînage vertical
Le chaînage vertical réalisé avec pierre de taille
permet de renforcer et de consolider les angles
du bâtiment
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Contreforts
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Voûtes, Arcs et tirants
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Arcs de confortement ou Arcs de contraste
Ruelle, passage étroit:
éléments de rupture
dans la continuité d’un
linéaire de façades.
Arcs maçonnés en
pierre offrant une
relative souplesse et
transmettent les σ-h
au niveau des
planchers
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Sabbats
La morphologie urbaine et la construction de bâtiments avec des rues étroites sont
probablement une solution pour réduire les dommages sismiques et de prévenir les
maisons de s'effondrer.
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Arcs de décharge et Entourage d’ouvertures
Une ouverture dans une façade constitue un point vulnérable en cas de déformation du bâti.
Très souvent sur des constructions anciennes, des arcs en pierre taillée situés au dessus d'une
ouverture.
Cela permet de transmettre de part et d'autre de l'ouverture, la charge du poids du mur situé à
l'aplomb de celle-ci.
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Arcs de décharge et Entourage d’ouvertures
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L’aspect sismorésistant de ces arcs offre une résistance
considérable au mouvement latéral et évite toute rupture
provoquée par ce mouvement en particulier dans les angles.
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Approche d’analyse de vulnérabilité sismique et de requalification du patrimoine bâti par la
modélisation numérique
-Recherche historique:connaître de façon précise la constitution
du cadre bâti (géométrie, matériaux, désordres, …)
-Etape expérimentale: caractériser les propriétés des matériaux
nécessaires pour les simulations numériques; déterminer la loi de
comportement homogénéisée des maçonneries constitutives de la
structure verticale du cadre bâti; test d’identification dynamique,...
-Modélisation numérique: calcul en 3D et étude paramétrique
permettant de déceler les facteurs influençant la sécurité du cadre
bâti en identifiant les mécanisme de dommages, la vulnérabilité
sismique, ….
-Intervention, Confortement, …
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15/02/2013
Etude de cas: Médersa Errachidia
ou Médersa Ras Cherratine
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Source: Groupe Al Omrane
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Source: Groupe Al Omrane
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Source: Groupe Al Omrane
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Source: Groupe Al Omrane
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Source: Groupe Al Omrane
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Validation du modèle numérique
Modélisation en éléments finis : prototype de maison en adobe du laboratoire de l’Université Catholique, Pérou.
Comparaison avec les résultats des essais réalisés, sur cinq prototypes sur table vibrante unidirectionnelle, par le laboratoire en 2007
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On applique sur le modèle numérique le même mouvement sismique que le prototype, et on compare la distribution des contraintes en fonction du type de connexion murs-plancher, avec les dégradations et les dommages subis par le prototype.
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Vulnérabilité sismique Médersa Ras Cherratine
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Vulnérabilité sismique (Analytique) Médersa Ras Cherratine
Point de déplacement
suivant X
Accélération 10%g
Point de déplacement
suivant X
Accélération 18%g
Point de déplacement
suivant X
Accélération 25%g
Au delà de 18%g, la structure risque des dégâts importants dans les
deux directions
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Vulnérabilité sismique (Analytique) Médersa Ras Cherratine
Risques
suivant X
10%g
Risques
suivant Y
10%g
Risques suivant X (25%g) Risques suivant Y (25%g)
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Vulnérabilité sismique (Tests
dynamiques) Médersa Ras Cherratine
Mesures expérimentales des fréquences propres avec
accéléromètres piézoélectriques dans le cadre du projet
NIKER en 2012:
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Résultats expérimentaux: 4 Hz, 10 Hz et 20 Hz
1er Mode 2èmeMode
3èmeMode
Vulnérabilité sismique (Tests
dynamiques) Médersa Ras Cherratine
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Phases de création du model: (a) RDC; (b) 1er étage; (c) 2ème étage; (d) murs et arches
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Vulnérabilité sismique (Modélisation
numérique:
3D AutoCAD SAP2000) Médersa Ras Cherratine
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Vulnérabilité sismique (Modélisation
numérique:
3D ANSYS) Médersa Ras Cherratine
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Résultats de la Modélisation : analyse modale, dynamique et pushover
ANSYS
SAP 2000
Vulnérabilité sismique (Modélisation
numérique) Médersa Ras Cherratine
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Vulnérabilité sismique Médersa Ras Cherratine
Comparaison des Fréquences obtenues en fonction de
l’approche :
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Vulnérabilité sismique Médersa Ras Cherratine
Risques de dommages obtenus par modélisation numérique
par ANSYS, comparés avec calcul manuel :
suivant X
10%g
suivant Y
10%g
100% 91%
60%
20%
100% 95%
35% 7%
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Etude de
cas
Renforcement
proposé
Résultats avant renforcement Résultats après renforcement
Période
(s)
Déplacement
(cm) % dommages
sévères
(10%g)
Période
(s)
Déplacement
(cm)
% dommages
sévères
(10%g)
Médersa
Ras
Cherratine
- Chemisage
- chaînage
- tirant et
ancrage
0,25 2,33 72 0,20
20%
2,11
10%
62
14%
Etude de
cas
Renforcement
proposé
Résultats avant renforcement Résultats après renforcement
Contrainte
σxx
(MPa)
Contrainte
σyy
(MPa)
Contrainte
σxy
(MPa)
Contrainte
σxx
(MPa)
Contrainte
σyy
(MPa)
Contrainte
σxy
(MPa)
Médersa
Ras
Cherratine
- Chemisage
- chaînage
- tirant et ancrage
12,1 15,4 11,2 8,2
33%
9,6
38%
7,3
35%
Vulnérabilité sismique (Modélisation
numérique avec ANSYS avant et après
intervention) Médersa Ras Cherratine